汽车工业中的机器视觉

当今汽车的复杂性增加带来了更大的生产错误的可能性，但汽车制造商在高度竞争的市场中可能承受不起这样的错误。为了达到客户需求的质量，制造商及其供应商越来越依赖于在生产的多个阶段预防缺陷的高效方法。这种方法就是机器视觉。

在汽车工业中，机器视觉（MV）应用广泛，主要涉及检查和机器人的指导. 机器人利用嵌入式视觉传感器在二维或三维空间中寻找物体并调整物体位置的路径，在关键活动中利用机器视觉实现更高的精度，包括自动上架（从货架上拣取零件）、拣箱和定位零件（如门和面板）进行装配。

MV系统还能有效地执行各种类型的检查，主要确定包括一辆汽车在内的杂项是否合格，拒绝那些不合格的。这包括表面检查用于外观缺陷(如车身面板上的凹痕、凹痕和褶皱)以及功能缺陷(如汽车摇臂轴承表面的不规则或盘式刹车片上安装孔的正确间距和尺寸)的检测。机器视觉系统验证存在(或没有)的零件以及他们的形状的正确性(如在齿轮的情况下，可以有缺失或畸形的牙齿)。最后，机器视觉检查装配验证确保装配无误(如关闭面板，包括门，罩，提升门和尾门)。

中压系统也表现出部件识别. 例如，他们可以读取不同品牌和类型轮胎的胎面，并通过传送带将轮胎的正确路线引导到指定的车辆上。MV系统还可以通过OCR功能执行零件识别，其中印刷标签已附着到零件上。

机器视觉还使尺寸测量精密加工部件(如紧固件、传动装置和其他附属组件)。通过这样做，MV系统确保只有零件落入正确的公差找到他们的方式进入车辆离开装配线。

最后，机器视觉也可以用于二维数据矩阵读数．这一应用的一个例子是读取代码，是激光蚀刻在凸轮轴杆stock提供精确的指示，以磨制凸轮轴，确保凸轮和发动机缸体之间的正确配合。

正如这个粗略的概述所建议的，不同的MV应用比比皆是，今天在汽车工业。但是机器视觉会在汽车行业继续发展吗?为了回答这个一般性问题，我们采访了:

• 福特的瓦莱丽·博尔豪斯，
• 通用汽车的史蒂夫·琼斯
• 戴姆勒克莱斯勒的布拉德·戴利

1)贵公司目前使用的机器视觉(MV)应用有哪些?

瓦莱丽Bolhouse(福特):福特将视觉用于可追溯性、防错误、现场过程控制、机器人引导和尺寸控制。”

Steve Jones(通用):“机器视觉在通用汽车动力总成制造设施中的应用通常可以分为四类:检测/防错误、零件识别/跟踪、测量和机器人引导。”

布拉德·戴利(戴姆勒-克莱斯勒):视觉引导、机器人材料处理系统、粘合剂应用检测站、尺寸验证系统、过程控制和用于尺寸检查的3d摄像机扫描。

这些应用程序中哪一个最重要?

瓦莱丽Bolhouse(福特):“在福特，视觉的头号应用是读取数据矩阵代码，以实现可追溯性。我们真的推动了这项技术，无论是内部还是外部与我们的供应商。我们还安装了一些用于尺寸控制和视觉引导机器人的系统。”

Steve Jones(通用):“每种类型的应用程序都以独特的方式有助于制造业务的成功，确保质量和消除浪费。”

布拉德·戴利(戴姆勒-克莱斯勒):“每个系统在提供安全操作、提高生产效率和检查关键特性方面都非常重要，以保证产品质量。”

你预计机器视觉在你们公司的使用会增加吗?如果是,为什么?在你们公司中，机器视觉使用增加的驱动力是什么?

瓦莱丽Bolhouse(福特):“我们在工厂里使用越来越多的视觉。驱动因素之一是对更灵活的自动化的需求。视觉可以减少硬工具定制夹具与适应性工具。它也可用于柔性生产线上的模型验证。另一个驱动因素是提高质量的要求。视觉为站内过程控制提供反馈。视觉系统在价格和性能上的巨大改进，使其成为一种可行的选择，而此时人们对视觉系统所能提供的好处的需求正在增加

Steve Jones(通用):“机器视觉的使用将继续增长。促进增长的因素包括改进的可靠性、更容易使用(GUI改进)、更好的视觉算法、改进的可维护性、更低的实现成本、应用程序成功和领导信心。所有这些因素都有助于提高质量，降低运营成本，从而推动机器视觉的继续使用。”

布拉德·戴利(戴姆勒-克莱斯勒):“是的，因为更严格的公差和更高的生产率。机器视觉应用增加的驱动因素是：安全性、人体工程学、质量和交付无延迟和成本提高

4)不同的MV应用程序在贵公司的未来会变得更重要吗?

瓦莱丽Bolhouse(福特):“我认为我们将继续我们目前的战略，并着眼于质量和生产率的改善，这两个领域是福特致力于超越标准的市场能力。”

Steve Jones(通用):“机器人导航有可能改变我们看待材料处理应用的方式。”

布拉德·戴利(戴姆勒-克莱斯勒):“当然，DCX已经在先进柔性制造项目的额外新型机器人负载系统上投入了大量资金。MV让这类制造系统中的一切变得更容易。”

你们公司使用智能相机吗?如果有，申请什么?

瓦莱丽Bolhouse(福特):“我们的许多应用程序都使用了智能相机。我们使用智能相机进行追踪。我们还将它们用于防错误的应用程序，这通常只是更简单的视觉应用程序。”

Steve Jones(通用):“智能相机用于检查/防错误、部分识别/跟踪和测量应用。”

布拉德·戴利(戴姆勒-克莱斯勒):“事实证明，智能相机在正确的应用中具有很高的成本竞争力:检查/防错误、部分ID/跟踪和测量应用。”

贵公司是否使用基于pc的机器视觉系统?如果有，申请什么?

瓦莱丽Bolhouse(福特):“任何基于pc的机器视觉系统，我们已经集成到我们的工厂作为一个应用解决方案。这些系统通常是供应商已经开发了一个产品，使用多个相机与帧捕获器和PC。虽然我们担心定制软件解决方案的长期支持，但我们确实有机器人引导应用程序、车身密封和粘合剂验证，也许还有其他一些具有这种架构的应用程序。对于多摄像头解决方案来说，基于pc的视觉在价格上有一个交叉点。

然而，智能相机也有一些优势，我们可以花更多的钱来使用它们。对于机器人安装摄像头，智能摄像头提供了一个更强大的封装解决方案。相机已经在一个保护壳中，所以你可以减少尺寸和重量。您可以将有问题的视频电缆替换为标准的高弯曲以太网电缆。智能摄像头可在光源处控制LED频闪。如果你在机器人的手臂末端安装一个以太网交换机，你唯一需要装饰的电线就是一根电源线和一根以太网线。”

Steve Jones(通用):“基于PC的机器视觉系统主要用于机器人引导”。

布拉德·戴利(戴姆勒-克莱斯勒):“我们的大多数系统都是基于pc的机器视觉系统。”

7)如果你的公司同时使用智能相机和基于pc的机器视觉系统，你最依赖哪一种?

瓦莱丽Bolhouse(福特):“智能相机。”

Steve Jones(通用):“我们依赖于这两种类型的系统用于不同的应用。我们不依赖于智能摄像头的3D机器人引导应用程序，也不会利用基于pc的机器视觉系统在一个简单的防错误的部分存在应用程序。为应用程序选择正确的格式非常重要。”

布拉德·戴利(戴姆勒-克莱斯勒):“主要应用的是基于pc的机器视觉系统，简单应用的是智能相机。”

你们公司主要在哪里使用机器视觉?是在生产线的末端，还是在现场过程控制?

瓦莱丽Bolhouse(福特):“我们主要将视觉应用于现场过程控制。当产品到达终点时，我们要检验并保证我们的产品是最高质量的能力要困难得多。我们还喜欢现场过程控制，因为它允许我们的即时反馈，帮助我们确保我们达到了我们的高福特标准，在问题可能会对我们的质量产生负面影响之前，及时发现问题。当使用站内过程控制时，我们有更大的能力捕捉管道中第一个坏的部分。生产线末端的维修成本更高，所以这有助于降低成本，同时从质量的角度来看也更好。”

Steve Jones(通用):“在许多通用汽车动力总成工厂，机器视觉被用于整个制造车间的各种应用。”

布拉德·戴利(戴姆勒-克莱斯勒):“两个。”


什么类型的相机-区域扫描或行扫描-通常被你们公司用于MV应用?照相机通常是单色的还是彩色的?

瓦莱丽Bolhouse(福特):“我们的应用程序倾向于使用单色区域扫描相机。我们通常看的是金属，而彩色相机并不能增加太多的信息。我们偶尔会要求防错塑料零件的正确颜色，但通常这些零件是如此接近的色调，彩色相机无法区分他们之间的任何方式。尽管我们的许多应用程序都在一条移动的线上，但使用部件存在触发器动态捕获部件的区域图像比将线扫描相机与传送带同步以获取图像更简单、更便宜。另一个原因是我们在过去研究线扫描是为了提高分辨率，但即使在那里，今天的高分辨率区域相机可以做我们需要的大部分

Steve Jones(通用):虽然线条扫描和彩色相机有特殊的例外，但大多数相机是区域扫描单色相机。

10)在贵公司的MV应用中通常使用哪种类型的照明?“白光”、UV、IR、NIR等?

瓦莱丽Bolhouse(福特):“由于LED的长寿命和普遍的坚固性，我们已经转向主要的LED照明。我们使用了大量的红色发光二极管，因为它们随时可用，而且颜色与相机的光谱响应非常匹配。对于金属部件，我们在颜色方面没有任何优势，而且由于人们在安装和调试系统时喜欢看到光，所以我们通常在可见光谱中工作。我们通常对LED进行选通，特别是对于大功率发光二极管，以延长其寿命并减少热量。然而，对于频闪应用来说，使用近红外（NIR）led确实很好。操作员不受闪光灯的干扰，通常甚至不知道系统。现在，红外照明终于可以使用，而且价格低廉，我们发现相机制造商正在匹配人类视觉的光谱响应，而不是偏爱红外。CCD和CMOS相机在红外区的量子效率仅为可见光谱的20%。我真的很想看到近红外更好的响应，这样我们就可以在大多数应用中使用近红外发光二极管

Steve Jones(通用):“近红外(红色LED)是照明金属发动机部件最常用的照明设备。许多应用还利用白光，一些利用其他专门的照明技术。”

布拉德·戴利(戴姆勒-克莱斯勒):“各种照明基于应用:白色，红色LED。”

11)远心镜头在贵公司的MV应用中起什么作用?

瓦莱丽Bolhouse(福特):“我们通常在应用中不使用远心透镜。对于任何测量或尺寸控制应用，我们倾向于使用基于激光的量规，在整个体积中进行校准，并使用传统透镜。我们通常需要比远心成像所能提供的更大的视场。在汽车领域，我们还不需要远心成像所能提供的其他优势(有限的透视误差，放大倍数的变化)。”

Steve Jones(通用):远心透镜和其他特殊透镜用于测量应用。

布拉德·戴利(戴姆勒-克莱斯勒):“我不知道我们有任何使用远心透镜的应用。”

12)贵公司本身是否进行中压元件的系统集成，还是将系统集成外包?

瓦莱丽Bolhouse(福特):“系统集成通常外包。我们的大多数视觉系统都是作为子系统进入的，是大细胞的一部分。远景集成商将是福特的二级或三级供应商。这并不意味着我们不直接参与视觉应用。就像我们的工程师与一级集成商一起工作焊接或密封设备和工艺一样，我们将与我们的视觉供应商一起开发和实施解决方案，然后与他们一起进行集成，以满足我们的要求。我们确实在工厂层面将我们自己的一些防错系统与智能摄像头集成在一起，但这通常是在生产线进入工厂并投入生产后才确定需要的时候。”

Steve Jones(通用):“尽管通用动力系统的工程师已经成功集成了视觉应用，但大多数集成都是外包的。”

布拉德·戴利(戴姆勒-克莱斯勒):“两者的结合取决于节目时间。”

在决定购买MV组件、软件或系统时，对贵公司最重要的标准是什么?

瓦莱丽Bolhouse(福特):应用的健壮性、系统的可靠性、易用性和设备的通用性。每一个都是同等重要的。如果我们对一个可靠、可靠的解决方案没有信心，福特不会考虑一个应用程序。所以我们花了很多时间来评估系统的能力。从理论上讲，如果你有一个可靠的、健壮的解决方案，运营商就不必对系统做任何事情，可用性也就不那么重要了。然而，这是不现实的，所以我们必须有一个良好的操作界面的系统。然后我们总是在寻找降低资本设备成本的方法，所以如果我们有一个更低成本的替代方案，我们会评估它。我们的供应基地非常善于认识到这一点，所以我们看到他们的系统能力提高了，设备的成本降低了，而无需在供应商之间来回奔波以追求更低的成本。我们能够在不牺牲成本或性能的情况下实现最后一个目标，即设备的通用性。”

Steve Jones(通用):“经验、耐久性、易用性、可重复性、可维护性和成本。”

布拉德·戴利(戴姆勒-克莱斯勒):可靠性，易用性，熟悉工厂现有用户基础。

贵公司在生产过程中的哪些环节使用了视觉引导机器人?

瓦莱丽Bolhouse(福特):“我们使用视觉引导机器人为汽车装饰挡风玻璃和尾灯。我们还在油漆车间的许多密封系统上使用vision。密封在身体通常可以做盲，因为我们有身体面板固定的位置，所以我们知道他们在哪里。但一旦身体完全建立起来，不再精确固定，视觉就被用来指导精确定位的操作。我们还使用视觉引导机器人进行物料搬运，将发动机缸体和气缸盖装载到动力总成工厂的生产线上，并将完成的总成装载到冲压和车身的机架上

Steve Jones(通用):“视觉引导机器人用于材料处理应用。应用包括输送机、托盘、货架和托盘的装卸。”

布拉德·戴利(戴姆勒-克莱斯勒):“视觉引导机器人被用于材料处理应用，密封，玻璃甲板，拣仓和装卸SGV(自导车辆)尽可能减少处理材料，以提高效率。”

在贵公司使用的所有机器人中，视觉引导的占百分之多少?你预计未来会有这个百分比的增长吗?

瓦莱丽Bolhouse(福特):“因为我们的汽车修理厂有数百个机器人在固定零件上工作，我们的大多数机器人是盲人。我们一直在为作业10安装视觉引导机器人——将零件装载到生产线上，并将成品装载到生产线末端的机架上。这些应用程序已经很好地消除了人体工程学问题和提高生产力，我们绝对希望视觉引导应用程序的增加。此外，还有许多令人兴奋的工作正在进行，在飞行应用中使用视觉跟踪在移动的线上的零件，或从移动的传送带上拾取零件。一旦这项技术商业化，更多的应用将开放在动力总成，总装和冲压。所以我认为越来越多的机器人应用将使用视觉。”

Steve Jones(通用汽车):“随着可靠性的提高以及夹具和衬垫成本的降低，视觉引导机器人的增长可能会继续。今天，通用动力总成在其北美制造工厂使用了1000多台机器人。如今，有5%到10%的人是由视力引导的。大多数机器人已经安装了好几年，而所有的VGR是最近才安装的。”

布拉德·戴利(戴姆勒-克莱斯勒):“目前的比例很低，但这是因为你需要选择正确的地点来实施它们。随着技术的进步，我认为这将是行业内每个人提高生产率的主要方式之一。”

展望未来，AIA将继续监测机器视觉在汽车行业的使用，并正在就此举办一个重要的研讨会。研讨会“汽车应用的视觉和机器人”定于2006年10月17日和18日在密歇根州诺维(底特律郊区)的底特律喜来登诺维酒店举行。该研讨会专为汽车整车厂和一级供应商的工程和制造领导者寻找:

• 新应用程序的想法
• 可靠的视觉和机器人解决方案
• 降低成本，提高生产力，提高质量和增加灵活性的方法